组合支护形式下的边坡位移和剪切应变分析

何维军

（江西信江水利电力勘察设计有限公司，江西 上饶 334600）

1 前言

边坡和滑坡工程一直是工程界研究的重点，对此学者们也进行了大量的研究。叶志程等结合某滑坡利用数值模拟软件，计算了自然和暴雨工况下边坡的稳定性，研究结果表明：预应力锚索加固滑坡能够达到治理滑坡的目。韩雪等对渗流作用下边坡的稳定性进行了研究，研究结果表明：利用土工格栅能够显著地提高路堤边坡的稳定性。聂绪斯等对岩层倾向不同的边坡进行了研究，研究结果表明：岩层倾角不同，边坡的稳定性不同。徐慧等对边坡重建时，植被对生态修复作用进行了研究，研究结果表明：植被对坡面水土流失效果明显，但是对于边坡的稳定性影响较小。魏小涛等对边坡的检测方法进行了研究，研究结果表明：边坡治理过程中应当加强实时监测和雷达扫描，以此使边坡治理更加专业。然而以上的研究没有涉及边坡支护过程中的边坡位移和剪切应变的影响，对此结合一实际边坡工程，采用抗滑桩+挡土墙+喷混凝土的组合支护形式，最后对边坡进行位移、剪切应变和稳定性的分析。

2 工程概况

该滑坡位于江西省上饶市内，经过地质勘察可知，滑坡主要由两层土体所组成，从上至下分别是风化土和风化岩（图1），边坡的物理力学性质如表1所示。

表1 岩土体物理力学参数表

结合图1 可知，设计的治理措施主要有抗滑桩、挡土墙和喷混凝土，喷混凝土采用的是C20材料，因为坡面较平缓，所以暂没有添加土钉或锚索，因为研究重点为边坡的稳定性，所以暂时不考虑水平土拱效应的影响。

图1 边坡平面图 单位：m

3 数值模拟

3.1 模型的建立

如图2 所示，风化土和风化岩均选择三维实体单元，材料分析符合mohr定律和符合弹性定律；喷射混凝土选择C20混凝土，选择板单元，弹性模量2 120 万kN·m-3，泊松比为0.21，容重为23.40 kN·m-3；抗滑桩选择各向同性的弹性材料，弹性模量3 260万kN·m-3，泊松比为0.22，容重为23.6 kN·m-3；挡土墙选择各向同性的弹性材料，弹性模量2 820 万kN·m-3，泊松比为0.23，容重为23.80 kN·m-3。

图2 数值模拟三维图

3.2 边坡岩土体位移

数值模拟计算完成后，结果显示边坡的水平位移最大值为7.10 mm，位于第二台阶处，即抗滑桩所在位置，结合相关规范可知，最大位移不超过20 mm，说明支护后的边坡位移控制方面是满足规范要求。另一方面绝大多数岩土体的水平位移为3～5 mm，此岩土体所占整个边坡岩土体的45%，剩余的岩土体位移不超过3 mm。由以上水平位移分析可知，边坡的开挖在水平位移方面是满足要求的。

边坡的整体位移最大值为7.60 mm，同样位于第二台阶处，另一方面绝大多数岩土体的水平位移为3.20～5.60 mm，此岩土体所占整个边坡岩土体的48%，剩余的岩土体位移不超过3.20 mm。结合相关规范可知，最大位移不超过20 mm，说明支护后的边坡位移控制方面是满足规范要求。由以上整体位移分析可知，边坡的开挖在整体位移方面是满足要求的。

边坡的水平和整体位移均不超过20 mm，最大位移位于第二台阶处，与实际工程监测情况一致，说明边坡的支护措施在位移控制方面是合理有效的。

3.3 边坡剪切应变

边坡支护后自然工况下边坡加固后安全系数达到1.36，剪切应变区即边坡的塑性区并没有贯通，说明边坡不会继续滑动，边坡的支护措施是达到了理想的要求。

进一步搜索边坡的潜在滑动面可知，边坡的潜在滑动面范围过大，同时抗滑桩的高度达不到要求，可以适当增加抗滑桩的高度，以便滑动面穿过抗滑桩中间位置。

综上所述可知，支护条件下边坡的潜在滑动面并没有生成，说明支护措施是达到了理想的支护效果，同时加固后边坡的安全系数达到1.36，此安全数值达到了边坡支护的目的。另一方面可知，此边坡的潜在滑动面较深，抗滑桩的设计长度没有达到要求，可建议适当增加抗滑桩的高度，使抗滑桩达到支护的效果。

3.4 数值模拟总结

从两个方面对支护后的边坡进行总结，一个是位移方面，另一个是剪切应变区域方面，总结如下：①边坡的水平位移和整体位移均不超过20 mm，从位移的角度分析可知，支护措施是达到了控制边坡岩土体位移的目的。②支护后边坡的剪切应变区域并没有贯通，说明支护措施起到了防止边坡进一步破坏的目的；边坡的安全系数也达到了工程要求，但是因潜在滑动面较深，抗滑桩的设计高度没有达到要求，建议适当增加抗滑桩高度。

4 结论

结合一实际边坡工程，采用抗滑桩+挡土墙+喷混凝土的组合支护方式，并通过数值模拟对坡体的位移和剪切应变进行了研究，结论如下：①边坡的水平位移和整体位移最大值分别为7.10 mm和7.60 mm，以上数值均不超过20 mm，说明边坡的支护在位移方面是达到了理想的要求。②边坡的剪切应变区并没有贯通，安全系数为1.36，此安全系数超过1.20，由此可知边坡的安全系数是达到了工程要求。③边坡潜在滑动区域过大，抗滑桩的设计高度并没有完全穿过滑动面，建议适当增加抗滑桩高度，使抗滑桩发挥应有的抗滑效果，进一步提高边坡的稳定性。④以上的研究从位移和剪切应变区域进行了分析，并没有考虑地震工况，此方面的研究有待进一步深入。